WikiDer > Узел Пи Джозефсона

Эта статья написано как исследовательская статья или научный журнал что может использовать чрезмерно технические термины или не может быть написано как энциклопедическая статья. Пожалуйста помогите улучшить это переписав его в энциклопедический стиль. (Июнь 2020 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

А Джозефсоновский переход представляет собой квантово-механическое устройство, состоящее из двух сверхпроводящих электродов, разделенных барьером (тонкий изолирующий туннельный барьер, нормальный металл, полупроводник, ферромагнетик и т. д.). А π Джозефсоновский переход джозефсоновский переход, в котором Фаза Джозефсона φ равно π в основном состоянии, т.е. когда нет внешнего тока или магнитное поле применяется.

Фон

В сверхток я_s через Джозефсоновский переход (JJ) обычно определяется как я_s = я_cгрех (φ), где φ - разность фаз сверхпроводящих волновых функций двух электродов, т.е. Фаза Джозефсона.^[1] Критический ток я_c - максимальный сверхток, который может существовать через джозефсоновский переход. В эксперименте обычно пропускают ток через джозефсоновский переход, и переход реагирует изменением фазы Джозефсона. Из приведенной выше формулы видно, что фаза φ = arcsin (я/я_c), куда я - приложенный (супер) ток.

Так как фаза 2π-периодический, т.е. φ и φ + 2πп физически эквивалентны, не теряя общности, обсуждение ниже относится к интервалу 0 ≤φ < 2π.

Когда нет тока (я = 0) существует через переход Джозефсона, например когда переход отключен, переход находится в основном состоянии и фаза Джозефсона на нем равна нулю (φ = 0). Фаза также может быть φ = π, что также приводит к отсутствию тока через переход. Получается, что состояние с φ = π является неустойчивый и соответствует Энергия Джозефсона максимум, а состояние φ = 0 соответствует Энергия Джозефсона минимум и является основное состояние.

В некоторых случаях можно получить джозефсоновский переход, где критический ток отрицательный (я_c <0). В этом случае первое соотношение Джозефсона принимает вид

${displaystyle I_ {s} = - | I_ {c} | sin (varphi) = | I_ {c} | sin (varphi + pi)}$

Основное состояние такого джозефсоновского перехода ${displaystyle phi = pi}$ и соответствует Энергия Джозефсона минимум, тогда как условное состояние φ = 0 неустойчиво и соответствует Энергия Джозефсона максимум. Такой джозефсоновский переход с ${displaystyle phi = pi}$ в основном состоянии называется π Джозефсоновский переход.

π Джозефсоновские переходы обладают весьма необычными свойствами. Например, если соединить (закоротить) сверхпроводящие электроды с индуктивностью L (например, сверхпроводящий провод), можно ожидать спонтанного сверхтока, циркулирующего в контуре, проходящего через переход и через индуктивность по часовой стрелке или против часовой стрелки. Этот сверхток является самопроизвольным и принадлежит основному состоянию системы. Направление его обращения выбирается случайным образом. Этот сверхток, конечно, будет индуцировать магнитное поле, которое можно обнаружить экспериментально. Магнитный поток, проходящий через петлю, будет иметь значение от 0 до половины кванты магнитного потока, т.е. от 0 до Φ₀/ 2, в зависимости от значения индуктивностиL.

Технологии и физические принципы

• Ферромагнитные джозефсоновские переходы. Рассмотрим Джозефсоновский переход с ферромагнитным джозефсоновским барьером, т.е. многослойными SсверхпроводникFэрромагнитSсверхпроводник (SFS) или SсверхпроводникяинсуляторFэрромагнитSсверхпроводник (SIFS). В таких структурах сверхпроводящий параметр порядка внутри F-слоя колеблется в направлении, перпендикулярном плоскости стыка. В результате для определенных толщин F-слоя и температур параметр порядка может стать +1 на одном сверхпроводящем электроде и -1 на другом сверхпроводящем электроде. В этой ситуации получается π Джозефсоновский переход. Обратите внимание, что внутри F-слоя происходит конкуренция разных решений, и побеждает тот, у которого меньшая энергия. Различные ферромагнетики ${displaystyle pi}$ Созданы переходы: SFS-переходы со слабыми ферромагнитными прослойками;^[2] SFS-переходы с прочными ферромагнитными прослойками, такими как Co, Ni,^[3], PdFe ^[4] и NiFe^[5] SIFS переходы;^[3][6][7][8] и S-Fi-S переходы.^[9]

• Джозефсоновские переходы с нетрадиционной симметрией параметра порядка. Новые сверхпроводники, особенно высокотемпературные купратные сверхпроводники, имеют анизотропную сверхпроводящий параметр порядка который может менять знак в зависимости от направления. В частности, так называемый параметр порядка d-волны имеет значение +1, если смотреть вдоль оси кристалла. а и −1, если смотреть вдоль оси кристалла б. Если посмотреть на ab направление (45 ° между а и б) параметр порядка обращается в нуль. Создав джозефсоновские переходы между d-волновыми сверхпроводящими пленками с разной ориентацией или между d-волновыми и обычными изотропными s-волновыми сверхпроводниками, можно получить фазовый сдвиг на ${displaystyle pi}$. В настоящее время существует несколько реализаций π Джозефсоновские переходы этого типа:
  • джозефсоновские переходы трехкристаллических границ зерен,^[10]
  • тетракристаллические границы зерен джозефсоновские переходы,^[11][12]
  • d-волна / s-волна, зигзаг JJs джозефсоновских переходов,^{[13][14][15][16]}
  • джозефсоновские переходы границы зерен наклона-закрутки,^[17]
  • Джозефсоновские переходы на основе p-волн.
• SсверхпроводникNобычныйSсверхпроводники (СНС) джозефсоновские переходы с неравновесным распределением электронов в N-слое.^[18]
• Сверхпроводник - квантовая точка-сверхпроводниковые (S-QuDot-S) джозефсоновские переходы (реализованы углеродная нанотрубка Джозефсоновские переходы).^[19]

Исторические события

Теоретически впервые возможность создания ${displaystyle pi}$ Джозефсоновский переход обсуждался Булаевским. и другие. ,^[20] рассмотрев джозефсоновский переход с парамагнитным рассеянием в барьере. Почти десять лет спустя вероятность того, что ${displaystyle pi}$ Джозефсоновский переход обсуждался в контексте тяжелофермионных p-волновых сверхпроводников.^[21] Экспериментально первый ${displaystyle pi}$ Джозефсоновский переход был угловым соединением из оксид иттрия, бария, меди (d-волна) и Pb (s-волна) сверхпроводники.^[13] Первое недвусмысленное доказательство ${displaystyle pi}$ Джозефсоновский переход с ферромагнитным барьером был дан только десять лет спустя.^[2] В этой работе использовался слабый ферромагнетик, состоящий из медно-никелевого сплава (Cu_ИксNi_1−Икс, с Икс около 0,5) и оптимизировал его так, чтобы Температура Кюри была близка к температуре сверхпроводящего перехода сверхпроводящего ниобий приводит.

Смотрите также

• Эффект джозефсона
• φ Джозефсоновский переход
• Полуфлюксон
• Дробные вихри
• Брайан Д. Джозефсон

Рекомендации